Скорость электронов в проводнике: Чему равна скорость тока в проводнике? Неужели скорости света? | Все об электричестве

Содержание

Чему равна скорость тока в проводнике? Неужели скорости света? | Все об электричестве

Любой человек, разбирающийся в физике, скажет, что скорость движения электрического тока равна скорости света и составляет 300 тысяч километров в секунду. С одной стороны он прав на 100%, но есть нюансы.

Со светом все просто и прозрачно: скорость полета фотона равна скорости распространения светового луча. С электронами сложнее. Электрический ток сильно отличается от видимого излучения.

Почему считается, что скорость полета фотонов в вакууме и скорость электронов в проводнике одинакова? Утверждение основано на фактических результатах. В 1888 году немецкий ученый Генрих Герц экспериментально установил, что электромагнитная волна распространяется в вакууме так же быстро как свет. Но можно ли говорить, что электроны в проводнике летят со скоростью света? Надо разобраться с природой электричества.

Что такое электрический ток?

Из школьного курса физики известно, что электричество – это поток электронов, упорядоченно перемещающихся в проводнике. Пока источника электричества нет, электроны движутся в проводнике хаотически, в разных направлениях. Если суммировать траектории всех заряженных частиц, получится ноль. Поэтому кусок металла не бьет током.

Если металлический предмет подсоединить к электрической цепи, все электроны в нем выстроятся в цепочку и потекут от одного полюса к другому. Насколько быстро произойдет упорядочение? Со скоростью света в вакууме. Но это не означает, что электроны полетели от одного полюса к другому также стремительно. Это заблуждение. Просто люди настолько привыкли к утверждению, что электричество распространяется так же быстро как свет, что не особо задумываются над деталями.

Популярные заблуждения о скорости света

Еще одним примером такого поверхностного восприятия можно назвать понятие о природе молнии. Многие ли задумываются, какие физические процессы происходят во время грозы? Какова, например, скорость молнии? Можно ли без приборов узнать, на какой высоте бушуют грозовые разряды? Разберемся со всем этим по порядку.

Кто-то может сказать, что молния бьет со скоростью света, и будет не прав. Настолько быстро распространяется вспышка, вызванная гигантским электрическим разрядом в атмосфере, но сама молния гораздо медленнее. Грозовой разряд – это не удар луча света наподобие лазера, хотя визуально похоже. Это сложная структура в насыщенной электричеством атмосфере.

Ступенчатый лидер или главный канал молнии формируется в несколько этапов. Каждая ступень в десятки метров образуется со скоростью около 100 км/сек вдоль разрядных нитей из ионизированных частиц. Направление меняется на каждом этапе, поэтому молния имеет вид извилистой линии. 100 километров в секунду – это быстро, но до скорости электромагнитной волны очень далеко. В три тысячи раз.

Что быстрее: молния или гром?

Этот детский вопрос имеет простой ответ – молния. Из того же школьного курса физики известно, что скорость звука в воздухе равна примерно 331 м/сек. Почти в миллион раз медленнее электромагнитной волны. Зная это, легко понять, как высчитать расстояние до молнии.

Свет вспышки доходит до нас в момент разряда, а звук летит дольше. Достаточно засечь промежуток времени между вспышкой и громом. Теперь просто считаем, насколько далеко от нас ударила молния, по простой формуле:

L =T × 331

Где T – это время от вспышки до грома, а L – это расстояние от нас до молнии в метрах.

Например, гром прогремел через 7.2 секунды после вспышки. 331 × 7.2 = 2383. Получается, что молния ударила на высоте 2 километра 383 метра.

Скорость электромагнитной волны – это не скорость тока

Теперь будем более внимательны к цифрам и терминам. На примере молнии убедились, что маленькое неверное допущение может привести к большим промахам. Точно известно, что скорость распространения электромагнитной волны равна 300 000 километров в секунду. Однако это не означает, что электроны в проводнике перемещаются с такой же скоростью.

Представим, что две команды соревнуются, кто быстрее доставит мяч с одного края поля на другой. Обязательное условие – каждый член команды сделает несколько шагов с мячом в руках. В одной команде пять человек, а в другой – один. Пятеро, выстроившись в цепочку, сыграют в пас, сделав каждый несколько шагов в направлении от старта к финишу. Одиночке придется бежать всю дистанцию. Очевидно, что победят пятеро, потому что мяч летит быстрее, чем человек бегает.

Так же и с электричеством. Электроны «бегают» медленно (собственная скорость элементарных частиц в направленном потоке исчисляется миллиметрами в секунду), но передают друг другу «мячик» заряда очень быстро. При отсутствии разности потенциалов на разноименных концах проводника все электроны движутся хаотично. Это тепловое движение, присутствующее в каждом веществе.

Если бы электроны двигались в проводах со скоростью света

Представим, что скорость электронов в проводнике все-таки близка к световой. В этом случае современная энергетика была бы невозможна в привычном для нас виде. Если бы электроны двигались по проводам, пролетая 300 000 километров в секунду, пришлось бы решать очень сложные технические задачи.

Самая очевидная проблема: на такой скорости электроны не смогут следовать за поворотами проводов. Разогнавшись на прямом участке, заряженные частицы будут вылетать по касательной как не вписавшиеся в вираж автомобили. Чтобы удержать летящие на космических скоростях электроны внутри энергетических магистралей, придется снабжать провода электромагнитными ловушками. Каждый участок проводки станет похожим на фрагмент адронного коллайдера.

К счастью элементарные частицы предвигаются гораздо медленнее и для передачи энергии на дальние расстояния вполне пригодны неизолированные алюминиевые провода для ЛЭП

Надеемся, что ознакомившись с этим обзором, вы нашли ответ на вопрос почему ток не бежит по кабелям со скоростью света и вспомнили кое-что из школьного курса физики, а это, согласитесь, крайне полезно в любом возрасте.

С какой скоростью двигается электрон?

Когда мы говорим об элементарных частицах, в голову сразу же приходят световые скорости и мгновенная передача данных. Но поверите ли вы, что электрон на самом деле движется даже медленнее, чем обычная улитка? Попробуем устроить небольшое соревнование и наглядно доказать, что улитка сможет опередить электрон.

Итак, проведем сравнение конкурентов.

Улитка – это брюхоногое, обитающее в лесах, парках, лугах и близ водоемов. Питается дикими и культурными растениями. Носит на спине красивую раковину, в которой пережидает зиму.

Электрон – это отрицательно заряженная элементарная частица, «обитающая» в атомах всех химических элементов. Электроны любят «питаться» электрическим  полем, под воздействием которого начинают упорядоченно двигаться в определенную сторону, создавая электрический ток и активируя подключенные к розетке телефоны.

Казалось бы, какое может быть сравнение скоростей между улиткой, ползущей по земле, и электронами, двигающимися в проводе? Ведь скорость улитки составляет не больше 3 м/ч, а  Но всё-таки у улитки существует возможность опередить электрон в скорости, и произойдет это в тот момент, пока элементарная частица движется в проводнике.

На первый взгляд, кажется, что электроны двигаются в проводе с огромной скоростью — ведь когда мы нажимаем на выключатель, лампочка в комнате загорается мгновенно. Но на самом деле это не электроны бегут по проводу со световой скоростью, а электрическое поле (то самое, которым «питаются» электроны) распространяется по всему проводнику со скоростью света, заставляя электроны упорядоченно двигаться в одну сторону одновременно по всей длине провода.

А скорость движения самих электронов не такая уж и большая. Её можно вычислить по следующей формуле:

I= n·A·V·Q, где

I – сила тока;
n – количество электронов на кубический метр;
A – сечение провода;
V – скорость течения электрона;
Q – заряд электрона;

 

Например, сила тока равна 1 Ампер, количество электронов в медном проводе составляет 8.5 × 1028 на м3, заряд электрона равняется 1.6 × 10-19 , сечение провода возьмем 0,8 мм2.

Чтобы найти V, нам необходимо будет I поделить на n·A· Q. Произведя вычисления, мы получим результат, равный 1,4×10-4  м/с. Это значит, что за одну секунду электрон проходит примерно одну седьмую часть миллиметра. Получается, час электрон сможет преодолеть расстояние, приблизительно равное 0,5 метра. Улитка же в это время, как мы помним, успеет преодолеть целых 3 метра.

Получается, электрон останется далеко позади, и заслуженную победу одержит улитка.

Иллюстрация: depositphotos|siloto

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

comments powered by HyperComments

Какова скорость электрического тока? | КОСМОС

Недавно один из подписчиков прислал следующий вопрос:

В школе мы учили, что электрический ток — это движение электронов в проводнике, при этом электрический ток движется со скоростью света. Как электроны умудряются двигаться с такой скоростью в плотной среде?

Очень хороший вопрос, который, к сожалению, демонстрирует недостатки школьного образования. Давайте разбираться вместе в том, какова на самом деле скорость электрического тока.

Во-первых сразу нужно сказать, что электроны в проводниках вовсе не движутся со скоростью света. И дело даже не в том, что они, как массивные частицы, в принципе не могут достичь такой скорости. На самом деле их скорость на много порядков ниже. В обычных сетях электроснабжения средняя скорость электронов в проводниках находится в пределах 1-2 миллиметров в секунду. Эта скорость называется дрейфовая скорость носителей заряда.

Какова скорость электрического тока?

Но все мы из повседневного опыта знаем, что электричество распространяется практически мгновенно. Когда мы нажимаем на выключатель лампочка зажигается или гаснет в ту же секунду. Если бы электричество распространялось со скоростью движения электронов нам пришлось бы ждать несколько часов прежде чем загорелся бы свет.

Когда мы подключаем проводник к источнику тока свободные электроны в нём начинают испытывать действие внешнего электромагнитного поля и приходят в упорядоченное движение. Нужно понимать, что электроны обычно не взаимодействуют друг с другом сталкиваясь, как шары на бильярде. Электроны в проводнике взаимодействуют при помощи своих электромагнитных полей. Чем сильнее сближаются два электрона, тем сильнее они отталкивают друг друга (электроны имеет отрицательные заряды, а одинаковые заряды, как мы помним — отталкиваются).

Источник: diodov.net

Источник: diodov.net

Когда электрон движется его электромагнитное поле движется вместе с ним, таким образом один электрон может «толкнуть» другой задолго до того, как физически приблизится к нему. В результате электроны двигаясь с небольшими скоростями «толкают» друг друга и электромагнитные эффекты распространяются в проводнике с гораздо большей скоростью, чем скорость движения каждого электрона.

Какова скорость электрического тока?

Можно рассмотреть наглядный пример в виде длинной трубки наполненной шариками: если запихнуть в трубку еще один шарик из противоположного конца трубки шарик выпадет практически мгновенно. Т.е. несмотря на небольшую скорость движения самих шариков механические эффекты внутри этого «потока» шариков распространяются очень быстро.

Другой аналогией может быть распространение звука. Скорость звука в воздухе составляет примерно 335 м/с. Т.е. когда в 300 метрах от вас раздаётся звук вы слышите его в ту же секунду, хотя частицы воздуха, колебания которых уловило ваше ухо движутся гораздо медленнее, чем 335 м/c и будут это совсем не те частицы, которые привёл в движение источник звука.

Аналогично происходит и с электронами в проводнике. Дрейфовая скорость электронов невелика, но взаимодействия между их электрическими полями распространяются очень быстро.

На практике скорость распространения сигналов в большинстве проводников варьируется между 50% и 99.99% скорости света. К примеру в медном кабеле сигнал распространяется со скоростью около 95% скорости света.

Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал на youtube. Каждую неделю там выходят видео, где я отвечаю на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом! А кроме того посетите мой сайт.

Чему равна скорость электрического тока?

Другими словами, здесь скорость света — это та скорость, с которой заряженные частицы начинают двигаться друг за другом, а перемещаться по проводнику они могут со скоростью всего лишь несколько миллиметров в единицу времени.

А чтоб, значит, окончательно все вопросы снять, учитель добавил:

— Вот, посмотрите дети на эту картинку из учебника:

Рисунок 707.1. Направление движения электронов и направление электрического тока.

— И если что-то непонятно, спрашивайте! Молчите? Значит все, закрыли тему и идем дальше. На следующем уроке мы поговорим о правиле левой руки. Это — очень важное правило… Чеботарев! Не ржать!

Я конечно хотел поинтересоваться, почему такая разница в скорости и в направлении движения, но быстро понял, что электричество — это не мое, и нечего в него лезть со своими дурацкими вопросами. Электричество — это не шутка, оно и убить может.

С тех пор прошло 40 лет, но вопрос по скорости электрического тока у меня остался. Более того, появились новые вопросы:

1. Чему равна скорость тока в солевой батарейке или просто в солевом растворе с анодом и катодом? Ведь там вроде не электроны скорость задают?

Или получается, что любые заряженные частицы имеют одинаковую скорость вне зависимости от размера и массы? Ну то есть если в проводах между лампочкой, к батарейке подключенных, скорость тока световая, то и в растворе такая же. 

Вот в видимом нам мире, чтоб спокойному телу (V0 = 0) некоторую скорость придать, ему волшебный пендель отвесить нужно. Выражаясь по-научному, приложить к нему силу F = ma. То есть, чем тяжелее тело, тем большая сила для начала движения тела потребуется. Кроме того, нужная скорость не сразу будет, а по прошествии некоторого времени, потому что V = at. И это мы еще не учитывали возможное сопротивление среды, в котором тело двигаться будет.

А у электриков хитро получается. Сила тока есть, даже сопротивление есть, а скорость — бац! И сразу 300 000 км/с причем для частиц любого размера. Как так?

2. Чему равна скорость перемещения электрического заряда в воздухе?

Ну вот когда молния ударяет, то мы этот пробой конденсатора видим. И видим, что скорость молнии вроде чуток поменьше скорости света? Хотя и больше скорости звука.

Может это от того, что сопротивление воздушной среды многократно больше сопротивления проводников? Потому и скорость переноса электрического заряда в воздухе меньше? Или это просто оптический обман зрения, который к электрической теории никакого отношения не имеет?

3. Что такое — электрический заряд? В чем его положительность или отрицательность?

Ну вот когда электрический заряд где-то там в облаках собирается, чтоб в итоге на землю молнией прорваться — это что? Это там уйма свободных электронов с отрицательным зарядом, которые должны по идее друг от друга отталкиваться или что-то другое?

А шаровую молнию вообще как понимать? Что это за шар такой, в котором массы и нет почти, ну как у мыльного пузыря. Поэтому и летает шаровая молния, как тот же мыльный пузырь, и точно также лопнуть может от соприкосновения даже с небольшим препятствием, только с несколько другими последствиями.

Но вот через окно шаровая молния вроде как спокойно проходит, что 1638 году впервые зафиксировали в храме божьем английские ученые, поэтому форточку во время грозы нужно закрывать. Или это просто байки на ночь? Из тех, которыми внук Махно всю палату в пионерлагере развлекал?

А самое главное, вот движение шаровой молнии — это уже электрический ток с некоторой скоростью или что-то другое? Почему обычную молнию в любой зажигалке с пьезоэлементом сделать можно, а шаровую ученые даже описать толком не могут, не то что воспроизвести.

Может от того, что шаровая молния — это и есть пузырь? Только не мыльный, а электрический. Только и всего?! И нет в шаровой молнии невероятной концентрации заряда в относительно небольшом объеме. Тогда куча всяких парадоксов объясняется. Но вернемся к скорости электрического тока.

Вот есть простая и понятная формула (закон Ома для участка цепи), показывающая взаимоотношение основных электрических величин:

I = U/R (707.1)

I — сила тока, измеряемая в Амперах (А), U — напряжение тока точнее разность потенциалов, измеряемая в Вольтах (В), R — сопротивление проводника, измеряемое в Омах (Ом), для удобства будем рассматривать тот же медный провод, имеющий удельное сопротивление 0.017 Ом·мм2/м.

Тут  первая странность: метры в знаменателе показывают значение сопротивления в зависимости от длины проводника l. А мм2 в числителе показывают значение сопротивления в зависимости от площади поперечного сечения проводника — S. Но при этом при длине проводника 10 м и площади поперечного сечения 1 мм2, его сопротивление составит 0.17 Ом или 0.17 ОмSl, а не ОмS/l, как должно следовать из определения удельного сопротивления, т.е. удельное сопротивление вроде как нужно измерять в Омах, умноженных на единицу объема — мм3 или м3.

А еще силу тока можно определить и по другой формуле:

I = qSl/t = qR/t = qSv (707.2)

q —  количество электрического заряда, измеряемого в Кулонах, прошедшего расстояние l (длина проводника, м) через поперечное сечение проводника S (поперечное сечение проводника, мм2) за единицу времени, t — время, измеряемое например в секундах (с).

Примечание: вообще-то классическая запись формулы (707.2) выглядит так: I = Δq/Δt, где Δq = qoSΔl, но сути это не меняет.

И тут мы уже вполне видим скорость и даже прямую зависимость скорости тока от силы тока. Получается, что если нам нужно прокачать по проводнику одной и той же длины, например 1 м, ток с одной и той же силой 1 А, то чем меньше сечение проводника S, тем больше скорость электрического тока!

К такому же выводу приводит и анализ формулы (707.1). Ведь чем меньше сопротивление, тем больше сила тока, соответственно уменьшение площади поперечного сечения приводит к увеличению скорости электрического тока, если количество перемещаемого заряда — постоянная величина.

И тут напрашивается простейшая аналогия из раздела движения жидкостей. В двух трубах одинаковой длины при прохождении одного и того же объема жидкости за один и тот же промежуток времени скорость потока будет больше в той трубе, поперечное сечение которой меньше.

Тут вроде бы все очевидно, но нет. Почему-то формула (707.2) используется только для определения упорядоченной скорости электронов в проводнике — это типа не скорость тока.

В итоге скорость электронов в медном проводнике с площадью сечения 1 мм2 (решение здесь не привожу) составляет 7·10-5 м/с. А если уменьшить площадь сечения в 16 раз (или увеличить силу тока до 16 А), то и скорость увеличится в 16 раз, до 1.12 мм/с.

Больше скорость увеличивать нельзя, при увеличении силы тока медный проводник будет нагреваться, т.е. работать на пределе пропускной способности и чем больше будет сила тока, тем быстрее проводник расплавится от перегрева (эта особенность раньше использовалась при производстве легкоплавких предохранителей).

Тем не менее все вышеизложенное позволяет сделать вывод, что уравнения Бернулли корректны и для электрического тока:

V1S1 = V2S2 (707.3)

Более того, уравнения Бернулли корректны и для светового луча, который тоже есть поток фотонов, движущихся с некоторой скоростью, но про это рассказывается отдельно.

Поэтому на вопрос: «почему скорость электрического тока в проводнике в миллионы раз больше скорости электронов в том же проводнике?» ответ будет достаточно простой:

Скорость электрического тока — это скорость движения энергии. Энергия, в данном случае электрический заряд, переносится фотонами — квантами энергии, а не электронами. Поэтому скорость электрического тока равна скорости движения фотонов, а не электронов.

Почему такой, казалось бы, простой и очевидный факт игнорируется учеными и зачем нужно было придумывать отрицательный заряд электронов и положительный для протонов — это вопрос не ко мне, а к ученым. Это им так проще и удобнее при рассмотрении множества других теоретических вопросов.

Таким образом, чем меньше площадь поперечного сечения проводника, тем меньше его пропускная способность за единицу времени, потому что скорость перемещения энергии ограничена скоростью движения фотонов. Когда мы умножаем площадь поперечного сечения проводника на длину проводника, то получаем условный объем электрического заряда в проводнике.

Когда мы пытаемся «прокачать» через поперечное сечение проводника объем энергии, больший пропускной способности проводника, то «избыточная» часть энергии поглощается проводником. Электроны, поглощая фотоны, переходят на более высокий энергетический уровень. Проводник нагревается и если температура окружающей среды при этом меньше температуры проводника, то проводник начинать излучать это тепло по всей своей длине.

При дальнейшем увеличении объема «прокачиваемой» энергии часть излучаемой «избыточной» энергии переходит в видимый нами спектр — проводник начинает светиться, причем сначала именно в красном спектре. При дальнейшем увеличении объема, часть энергии переходит в ультрафиолетовое излучение и так далее вплоть до γ-излучения, но как правило проводник плавится раньше, электроны переходят на еще более высокий энергетический уровень и материал проводника переходит в новое фазовое состояние — жидкое.

Кстати, сварщики такие загорелые там, где кожа не защищена от света, именно потому, что при сварке — плавлении проводника — достаточно большая часть энергии преобразуется в ультрафиолетовое излучение.

Думаю, теперь можно достаточно логично ответить и на другой вопрос: «Почему электрический заряд движется в направлении, противоположном направлению движения электронов?»

Ответ: Потому что соблюдается закон сохранения энергии.

E = mфc2/2 = mev2/2 (707.3)

Тут, кстати, возникает еще один очень интересный вопрос: «Почему для фотонов Е = mc2, а не Е= mc2/2?»

Возможный ответ: Потому что скорость света определена неправильно. Например если реальная скорость света равна 223000 км/с, то квадрат этой скорости в 2.008 раза меньше, чем квадрат скорости 316000 км/с. Возможно эта двойка именно отсюда и появилась. Впрочем это не имеет прямого отношения к теме данной статьи.

Со скоростью электронов я в последнее время немного разобрался. Электроны действительно законопослушные ребята и двигаются строго в пределах ныне существующих теорий со скоростью, которая может изменяться в очень узких пределах от 0 м/с до 300 000 км/с (в зависимости от выбранной теории). А так чтоб скорость хоть чуть-чуть меньше или больше была, то это ни в какую.

Правда, это возможная скорость при вращении электронов по орбите, а не линейная скорость перемещения в проводнике, но на такие мелочи и вовсе не стоит внимание обращать.

А с остальным… А с остальным пока проблемы, будем надеяться — пока.

Сравнение скорости электрона и скорости электрического тока

Скорость  электрического тока как критерий выбора носителей электрического тока

                  

Скорость носителей электрического тока должна совпадать со скоростью электрического тока. 

Сейчас в электродинамике принята физическая модель электрического тока, в которой носителями электрического тока являются электроны проводимости.

Из анализа свойств индуктивного тока выведена другая физическая модель, где носителями электрического тока являются электроны, связанные в комплексы с магнитным полем проводника.

Проведём сравнительный анализ скорости этих двух физических моделей.

Сначала рассмотрим физическую модель электрического тока,  где носителями электрического тока являются электроны проводимости.

 

1. Физическая модель, в которой носителями электрического тока являются электроны.

 

Скорость электрического тока равна скорости света.  Электроны проводимости не могут достичь такой скорости. Согласно теории относительности Эйнштейна, скорость любых частиц, обладающих не нулевой массой покоя, не может достичь скорости света.  

Но в проводнике первого рода ситуация с согласованием скоростей носителей электрического тока и самого электрического тока ещё хуже. Скорость электронов проводимости должна быть больше в 10.000.000.000.000.000.000.000.000 раз максимально возможной направленной скорости электронов.

Согласно существующей теории электрического тока, при постоянном электрическом токе электроны проводимости, переносящие электрический ток от электростанции до потребителя дойдут лет через сто (в зависимости от расстояния), а при переменном токе – никогда.

 Однако мы знаем, что при включении рубильника на электростанции, напряжение мгновенно (со скоростью света), появляется у потребителя. Это известно из практики, поэтому в электродинамике скорость электрического тока принято считать равной скорости света независимо от того, что электроны не могут достичь этой скорости.

 «Мы бы еще хотели подчеркнуть, что явление магнетизма — это на самом деле чисто релятивистский эффект. В только что рассмотренном случае двух зарядов, движущихся параллельно друг к другу, можно было бы ожидать, что понадобится сделать релятивистские поправки к их движению порядка . Эти поправки должны отвечать магнитной силе.

Но как быть с силой взаимодействия двух проводников в нашем опыте (рис.1)? Ведь магнитная сила — вся действующая сила. Она не очень — то смахивает на «релятивистскую поправку». Кроме того, если оценивать скорости электронов в проводе, то их средняя скорость вдоль провода составляет около 0,01 см/сек.

                                        Рис. 1

 

Итак,  равно примерно . Вполне пренебрежимая «поправка». Но нет! Хоть в этом случае магнитная сила и составляет  от «нормальной» электрической силы, действующей между движущимися электронами, вспомните, что «нормальные» электрические силы исчезли в результате почти идеального баланса   из — за того, что количества протонов и электронов в проводах одинаковы.

Этот баланс намного более точен, чем , и тот малый релятивистский член, который мы называем магнитной силой, — это единственный остающийся член, он становится преобладающим.

Почти полное уничтожение электрических эффектов и позволило физикам изучить релятивистские эффекты (т.е. магнетизм), и открыть правильные уравнения (с точностью до ), даже не зная, что в них происходит». [1]

Для физики отказ от познания физической природы электрического тока выглядит странно, тем более что расхождение теоретических предположений и экспериментальных данных настолько большое, что можно говорить о неверно выбранных носителях электрического тока.

Носители электрического тока должны перемещаться                     вдоль проводника со скоростью, превосходящей максимальную скорость направленного движения электронов в  (10.000.000.000.000.000.000.000.000) раз. Это для случая, когда проводник расплавляется. Для реальных токов это соотношение ещё больше.

Это означает, что носители тока в теории электрического тока ещё не определены, и нужно продолжать исследования в этом направлении.

Для поиска носителей электрического тока могут помочь эксперименты М. Фарадея с индукционным электрическим током. Индукционный ток может существовать только в случае очень жесткой взаимосвязи между электронами и магнитным полем. Носителем индукционного тока являются электроны, связанные в единый комплекс с магнитным полем.

 

2. Физическая модель, в которой носителями электрического тока являются связанные в единые комплексы электроны проводимости – магнитное поле.

 

В физической модели электрического тока, где носителями электрического тока являются электроны, связанные в единые комплексы электрон – магнитное поле, величина направленной скорости электронов проводимости значения не имеет.

Процесс прохождения электрического тока при носителях электрического тока электронах, связанных в единый комплекс с магнитным полем, происходит следующим образом.

При подаче электрического напряжения на проводник, электрическое поле  распространяется вдоль проводника со скоростью света. При своём распространении электрическое поле взаимодействует с уже находящимися в проводнике электронами проводимости. Воздействуя на электроны, внешнее напряжение заставляет электроны двигаться. Это движение возбуждает магнитное поле за счет взаимодействия внутри единого комплекса электрон – магнитное поле. 

Скорость электрического тока при носителях электрического тока электронах, связанных в единый комплекс с магнитным полем, всегда равна скорости света.

Вывод: электроны, связанные в единый комплекс с магнитным полем, полностью  подходят на роль носителей электрического тока.

 

Другой проблемой существующей физической модели электрического тока является предполагаемая зависимость скорости электрического тока от скорости электронов, как объём воды, протекающей по шлангу, зависит от скорости потока воды.

Физическая модель потока электричества по проводнику должна сопровождаться соответствующими выводами. В шланге с водой, чем больше поток воды, тем больше скорость движения воды. Скорость электрического тока также должна зависеть от силы тока. Чем больше сила тока, тем больше должна быть скорость электрического тока.

Исходя из этой физической модели, теория электрического тока должна была вывести основную формулу — зависимость скорости электрического тока от его величины. Эта формула не была выведена, поскольку известно, что скорость электрического тока не зависит от скорости направленного движения электронов.

В альтернативной физической модели электрического тока, где носителями электрического тока являются электроны, связанные в  единые комплексы с магнитным полем, скорость электрического тока не зависит от величины электрического тока и всегда равна скорости света.

Процесс прохождения электрического тока в соответствии с этой физической моделью происходит следующим образом.

При подаче напряжения на проводник, электрическое поле распространяется вдоль проводника со скоростью света. При своём распространении электрическое поле взаимодействует с уже находящимися в проводнике электронами проводимости, связанные в единые комплексы с магнитным полем проводника. Образуется магнитное поле проводника и возникает электрический ток.

        Вывод: электроны проводимоти, связанные в комплексы с магнитным полем, полностью  подходят на роль носителей электрического тока.

 

  Литература

 

1.   Фейнмановские лекции по физике. М., Издательство Мир, 1976.

2. Дрюков В.М. О чём молчат физики. Тула, 2004.

3 http://drjukow.narod.ru/.

4. https://sites.google.com/site/drjukow.


5. Дрюков В.М. Физика. Дополнительные материалы. Тула изд. ООО Аквариус. 2021


Поиск носителей электрического тока

Электричество и магнетизм

Таким образом, скорость  в выражении (4.7) — это дрейфовая скорость носителей тока в присутствии внешнего электрического поля или любого другого силового поля, обуславливающего направленное (упорядоченное) движение носители заряда. Если в веществе возможно движение зарядов разного знака, то полная плотность тока определяется векторной суммой плотностей потоков заряда каждого знака.

Как уже указывалось, в отсутствие электрического поля движение носителей заряда хаотично и не создает результирующего тока. Если, приложив электрическое поле, сообщить носителям заряда даже малую (по сравнению с их тепловой скоростью) скорость дрейфа, то, из-за наличия в проводниках огромного количества свободных электронов, возникнет значительный ток.

Поскольку дрейфовая скорость носителей тока создается электрическим полем, логично предположить пропорциональность

так что и плотность тока будет пропорциональна вектору напряженности (рис. 4.4)

                              

(4.9)

Более подробно этот вопрос обсуждается в Дополнении

Входящий в соотношение (4.9) 

Коэффициент пропорциональности   называется проводимостью вещества проводника. 

Проводимость связывает напряженность поля в данной точке с установившейся скоростью «течения» носителей заряда. Поэтому она может зависеть от локальных свойств проводника вблизи этой точки (то есть от строения вещества), но не зависит от формы и размеров проводника в целом. Соотношение (4.9) носит название закона Ома для плотности тока в проводнике (его называют также законом Ома в дифференциальной форме).

Рис. 4.4. Силовые линии электрического поля совпадают с линиями тока 

Чтобы понять порядки величин, оценим дрейфовую скорость носителей заряда в одном из наиболее распространенных материалов — меди. Возьмем для примера силу тока I = 1 А, и пусть площадь поперечного сечения провода составляет
1 мм2 = 10–6 м2. Тогда плотность тока равна j = 106 А/м2. Теперь воспользуемся соотношением (4.7)

Носителями зарядов в меди являются электроны (е = 1.6·10-19 Кл), и нам осталось оценить их концентрацию . В таблице Менделеева медь помещается в первой группе элементов, у нее один валентный электрон, который может быть отдан в зону проводимости. Поэтому число свободных электронов примерно совпадает с числом атомов. Берем из справочника плотность меди — r Cu=8,9·10кг/м3. Молярная масса меди указана в таблице Менделеева — MCu = 63,5·10–3 кг/моль. Отношение 

 

— это число молей в 1 м3. Умножая на число Авогадро Na = 6,02·1023 моль–1, получаем число атомов в единице объема, то есть концентрацию электронов

Теперь получаем искомую оценку дрейфовой скорости электронов

Для сравнения: скорости хаотического теплового движения электронов при 20°С в меди по порядку величины составляют 106 м/с, то есть на одиннадцать порядков величины больше. 

Возьмем произвольную воображаемую замкнутую поверхность S, которую в разных направлениях пересекают движущиеся заряды. Мы видели, что полный ток через поверхность равен

где dq — заряд, пересекающий поверхность за время dt. Обозначим через q ‘ заряд, находящийся внутри поверхности. Его можно выразить через плотность заряда , проинтегрированную по всему объему, ограниченному поверхностью

Из фундаментального закона природы — закона сохранения заряда — следует, что заряд dq, вышедший через поверхность за время dt, уменьшит заряд q ‘ внутри поверхности точно на эту же величину, то есть dq ‘ = –dq  или

Подставляя сюда написанные выше выражения для скоростей изменения заряда внутри поверхности , получаем математическое соотношение, выражающее закон сохранения заряда в интегральной форме

                          

(4.10)

Напомним, что интегрирования ведутся по произвольной поверхности S и ограниченному ею объему V.

О скорости распространения электрического тока

Скорость распространения электрического тока.. Скорость движения носителей зарядов в электрическом поле.. От чего зависит скорость дрейфа носителей зарядов?.. Тепловое действие тока.. При изучении электрического тока часто возникают трудности понимания процессов, которые происходят на атомарном уровне и недоступны нашим органам чувств — электрический ток нельзя увидеть, услышать или пощупать. Это порождает целый ряд вопросов, в частности: почему проводники нагреваются? Какова скорость электронов в проводнике и от чего она зависит? Почему, когда мы нажимаем на выключатель, лампочка загорается практически мгновенно? Попробуем вместе разобраться и ответить на эти и другие интересующие вас вопросы.

Почему лампочка загорается практически мгновенно?

Прежде всего, нужно различать и не смешивать понятия «скорость распространения электрического тока» и «скорость движения носителей заряда» — это не одно и то же.

Когда мы говорим о скорости распространения электрического тока в проводнике, то имеется в виду скорость распространения по проводнику электрического поля, которая примерно равна скорости света (≈ 300 000 км/сек). Однако это не означает, что движение носителей зарядов в проводнике происходит с этой огромной скоростью. Совсем нет.

Движение носителей заряда (в проводнике — это свободные электроны) происходит всегда довольно медленно, со скоростью направленного дрейфа от долей миллиметра до нескольких миллиметров в секунду, поскольку электрические заряды, сталкиваясь с атомами вещества, преодолевают большее или меньшее сопротивление своему движению в электрическом поле.

Но дело в том, что свободных электронов в проводнике очень, очень много (если каждый атом меди имеет один свободный электрон, то в проводнике столько подвижных электронов, сколько и атомов меди). Свободные электроны имеются везде в электрической цепи, включая, в том числе, и нить накаливания лампочки, которая является частью этой цепи.
При присоединении проводника к источнику электрической энергии в нем распространяется электрическое поле (со скоростью, близкой к скорости света), которое  начинает действовать на ВСЕ свободные электроны практически одновременно.

Поэтому мы не наблюдаем никакого запаздывания между замыканием контактов выключателя и началом свечения лампочки, находящейся за десятки или сотни километров от электростанции. Включили напряжение, свободные электроны начали движение (во всей цепи одновременно), перенесли заряд, передали кинетическую энергию атомам вольфрама (нить накаливания), последняя нагрелась до свечения — вот и светит лампочка.

В случае переменного тока для получения требуемого тепла (рассеиваемой мощности нити накаливания) направление тока не имеет значения. Свободные электроны совершают колебания в соответствии с изменениями электрического поля и переносят заряд туда-обратно. При этом электроны сталкиваются с атомами кристаллической  решетки вольфрама, передавая им свою энергию. Это приводит к нагреву нити накаливания лампочки и ее свечению.

От чего зависит скорость дрейфа носителей зарядов?

Скорость направленного дрейфа носителей зарядов в электрическом поле пропорциональна величине электрического тока: небольшой ток означает медленную скорость потока зарядов, большой ток означает большую скорость.

На скорость носителей заряда влияет также сопротивление проводника. Тонкий проводник имеет большее сопротивление, проводник большого диаметра имеет меньшее сопротивление. Соответственно, в тонком проводнике скорость потока свободных электронов будет больше, чем в толстом проводнике (при одном и том же токе).

Имеет значение и материал проводника: в алюминиевом проводнике скорость потока электронов будет больше, чем в медном проводнике такого же сечения. Это означает, кроме прочего, что один и тот же ток будет нагревать алюминиевый проводник больше, чем медный.

Тепловое действие тока

Рассмотрим природу теплового действия тока более подробно.
При отсутствии электрического поля свободные электроны перемещаются в кристалле металла хаотически. Под действием электрического поля свободные электроны, кроме хаотического движения, приобретают упорядоченное движение в одном направлении, и в проводнике возникает электрический ток.

Свободные электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки, отдавая им при каждом столкновении кинетическую энергию, приобретенную при свободном пробеге под действием электрического поля. В результате упорядоченное движение электронов в металле можно рассматривать как равномерное движение с некоторой постоянной скоростью.
Поскольку кинетическая энергия электронов, приобретаемая под действием электрического поля, передается ионам кристаллической решетки при столкновении, то при прохождении постоянного тока проводник нагревается.
 
В случае переменного тока имеет место тот же эффект. С той лишь разницей, что электроны не перемещаются в одном направлении, а под действием переменного электрического поля они колеблются вперед-назад с частотой сети (50/60 Гц), оставаясь практически на месте.
При этом электроны также сталкиваются с атомами кристаллической  решетки металла, передают свою кинетическую энергию и это приводит к нагреву кристаллической  решетки. При достаточно больших  значениях тока сильно разогретая решетка может даже потерять постоянные связи (металл начнет плавиться).

Похожие статьи: 1. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
                              2. Направление электрического тока
                              3. Что такое электрический ток?
                              4. Проводники и изоляторы. Полупроводники
                              5. Постоянный и переменный ток
                              6. Электрический ток в жидкостях 
                              7. Проводимость в газах
                              8. Электрический ток в вакууме
                              9. О проводимости полупроводников 

Какая скорость электричества?

Категория: Физика Опубликовано: 19 февраля 2014 г.

Электромагнитная энергия и информация перемещаются по проводу со скоростью, близкой к скорости света. Настоящие электроны движутся намного медленнее. Public Domain Image, источник: Кристофер С. Бэрд.

Скорость электричества действительно зависит от того, что вы подразумеваете под словом «электричество». Это слово очень общее и в основном означает «все, что связано с электрическим зарядом».Я предполагаю, что мы имеем в виду ток электрического заряда, проходящий через металлический провод, например, через шнур питания лампы. В случае электрических токов, проходящих по металлическим проводам, присутствуют три различных скорости, каждая из которых имеет физическое значение:

  1. Скорость отдельного электрона
  2. Скорость дрейфа электронов
  3. Скорость сигнала

Чтобы понять каждую из этих скоростей и почему все они разные, но при этом имеют физическое значение, нам необходимо понять основы электрических токов.Электрические токи в металлических проводах образуются движущимися свободными электронами. В контексте типичных электрических токов в металлических проводах свободные электроны можно представить себе как маленькие шарики, прыгающие в сетке неподвижных тяжелых атомов, составляющих металлический провод. Электроны на самом деле являются квантовыми объектами, но для этого объяснения нет необходимости в более точной квантовой картине. (Когда вы добавляете квантовые эффекты, скорость отдельного электрона становится «скоростью Ферми».) Несвободные электроны или валентные электроны слишком тесно связаны с атомами, чтобы вносить вклад в электрический ток, и поэтому на этом рисунке их можно не учитывать. .Каждый свободный электрон в металлической проволоке постоянно летит по прямой линии под собственным импульсом, сталкивается с атомом, меняет направление из-за столкновения и продолжает движение по прямой линии до следующего столкновения. Если оставить металлическую проволоку самой себе, свободные электроны внутри постоянно летают и случайным образом сталкиваются с атомами. Макроскопически мы называем случайное движение мелких частиц «теплом». Фактическая скорость отдельного электрона — это количество нанометров в секунду, которое электрон перемещает по прямой между столкновениями.Проволока, предоставленная сама себе, не несет электрического сигнала, поэтому скорость отдельных электронов для беспорядочно движущихся электронов — это просто описание тепла в проводе, а не электрического тока.

Теперь, если вы подключите провод к батарее, вы приложите к проводу внешнее электрическое поле. Электрическое поле направлено в одном направлении по длине провода. Свободные электроны в проводе ощущают силу этого электрического поля и ускоряются в направлении поля (фактически, в противоположном направлении, потому что электроны заряжены отрицательно).Электроны продолжают сталкиваться с атомами, что по-прежнему заставляет их отскакивать в разные стороны. Но помимо этого случайного теплового движения у них теперь есть чистое упорядоченное движение в направлении, противоположном электрическому полю. Электрический ток в проводе состоит из упорядоченной части движения электронов, в то время как случайная часть движения по-прежнему составляет тепло в проводе. Таким образом, приложенное электрическое поле (например, при подключении батареи) заставляет электрический ток течь по проводу.Средняя скорость, с которой электроны движутся по проводу, — это то, что мы называем «дрейфовой скоростью».

Даже при том, что электроны, в среднем, дрейфуют по проводу со скоростью дрейфа, это не означает, что эффект движения электронов движется с этой скоростью. Электроны на самом деле не являются твердыми шарами. Они не взаимодействуют друг с другом, буквально ударяясь друг о друга по поверхности. Скорее электроны взаимодействуют через электромагнитное поле. Чем ближе два электрона подходят друг к другу, тем сильнее они отталкиваются друг от друга своими электромагнитными полями.Интересно то, что когда электрон движется, его поле движется вместе с ним, так что электрон может подтолкнуть другой электрон дальше по проводу через свое поле задолго до того, как физически достигнет того же места в пространстве, что и этот электрон. В результате электромагнитные эффекты могут распространяться по металлическому проводу намного быстрее, чем любой отдельный электрон. Эти «эффекты» представляют собой колебания электромагнитного поля, когда оно соединяется с электронами и распространяется по проводу. Поскольку энергия и информация переносятся колебаниями электромагнитного поля, энергия и информация также перемещаются по электрическому проводу намного быстрее, чем любой отдельный электрон.

Скорость, с которой электромагнитные эффекты распространяются по проводу, называется «скоростью сигнала», «скоростью волны» или «групповой скоростью». Обратите внимание, что в некоторых книгах говорится, что скорость сигнала описывает чисто электромагнитный волновой эффект. Эта инсинуация может ввести в заблуждение. Если бы сигнал, распространяющийся по электрическому кабелю, был изолированной электромагнитной волной, то сигнал распространялся бы со скоростью света в вакууме c. Но это не так. Скорее, сигнал, проходящий по электрическому кабелю, включает взаимодействие как флуктуаций электромагнитного поля (волны), так и электронов.По этой причине скорость сигнала намного выше скорости дрейфа электронов, но меньше скорости света в вакууме. Как правило, скорость сигнала несколько близка к скорости света в вакууме. Обратите внимание, что обсуждаемая здесь «скорость сигнала» описывает физическую скорость распространения электромагнитных эффектов по проводу. Напротив, инженеры часто используют фразу «скорость сигнала» ненаучно, когда на самом деле имеют в виду «скорость передачи в битах». Хотя скорость цифрового сигнала, проходящего через сеть, действительно зависит от физической скорости сигнала в проводах, она также зависит от того, насколько хорошо компьютеры в сети могут маршрутизировать сигналы через сеть.

Рассмотрим эту аналогию. Длинная очередь людей ждет входа в ресторан. Каждый нервно ерзает на своем месте в очереди. Человек в конце очереди теряет терпение и толкает человека перед собой. В свою очередь, когда каждый человек в очереди получает толчок от человека позади него, он толкает человека перед собой. Таким образом, толчок будет передаваться от человека к человеку вперед по линии. Толкание достигнет дверей ресторана задолго до того, как последний человек в очереди лично доберется до дверей.В этой аналогии люди представляют электроны, их руки представляют электромагнитное поле, а толчок представляет собой колебание или волну в электромагнитном поле. Скорость, с которой каждый человек ерзает, представляет собой индивидуальную скорость электрона , скорость, с которой каждый человек индивидуально движется по линии, представляет скорость дрейфа электрона , а скорость, с которой толчок проходит через линию, представляет скорость сигнала .Основываясь на этой простой аналогии, мы можем ожидать, что скорость сигнала будет очень высокой, индивидуальная скорость будет несколько высокой, а скорость дрейфа будет низкой. (Обратите внимание, что в физике есть еще одна важная скорость в этом контексте, называемая «фазовой скоростью». Фазовая скорость — это больше математический инструмент, чем физическая реальность, поэтому я не думаю, что здесь стоит обсуждать).

Скорость отдельного электрона в металлической проволоке обычно составляет миллионы километров в час.Напротив, скорость дрейфа обычно составляет всего несколько метров в час, в то время как скорость сигнала составляет от ста миллионов до триллиона километров в час. В общем, скорость сигнала несколько близка к скорости света в вакууме, скорость отдельного электрона примерно в 100 раз меньше скорости сигнала, а скорость дрейфа электронов такая же медленная, как улитка.

Темы: скорость дрейфа, электричество, электромагнетизм, электрон, групповая скорость, скорость, волна, волны

Какая скорость электричества?

Кажется, несколько людей, запутавшихся в путанице почти идентичных концепций, были убеждены, что электроны в проводнике движутся с той же скоростью, что и свет.Вы действительно думаете, что если бы кто-то одновременно направил лазерный луч с Земли на детектор на Марсе и пропустил электричество через многомиллионный провод, соединяющий батарею на Земле и лампочку на Марсе, тогда детектор и колба при этом загораются?

Распространяется ли свет, излучаемый солнцем и электронами в проводнике, с одинаковой скоростью? (Изображение предоставлено Pixabay.com)

Почему электроны не могут двигаться со скоростью света

Эта гонка между электроном и фотоном может закончиться только тремя способами: либо побеждает электрон, либо побеждает фотон, либо — Самый скучный вариант — гонка заканчивается вничью.Очевидно, первую возможность следует упускать из виду; это физически невозможно, ничто не может двигаться быстрее света. Поэтому фотон побеждает? Если да, то почему гонка не заканчивается вничью?

Электрон не может выиграть гонку в вакууме, не говоря уже о проводнике. Электрон не может двигаться со скоростью света по той простой причине, что у него масса. Свет — самая быстрая вещь во Вселенной, потому что он безмассовый; он не несет с собой багажа и не проявляет абсолютно никакой инерции, препятствующей его движению.

Свет — самая быстрая вещь во Вселенной, потому что она безмассовая. (Фото: Pexels)

Масса электрона может быть смехотворно маленькой по величине, но этого достаточно, чтобы предотвратить движение частицы со скоростью 300 миллионов м / с. Фактически, если пренебречь фотоном, поскольку он безмассовый, электрон — даже не самая легкая частица, которую мы когда-либо открыли; этот титул принадлежит нейтрино. Электрон почти в 5 000 000 раз массивнее нейтрино.

Скорости Электричества

Индивидуальная скорость электронов

Металл, подобный меди, проводит, потому что он изобилует свободными электронами.Только те электроны, которые находятся в валентной или внешней оболочке своих атомов, из-за их близости к ядру, как правило, меньше всего притягиваются к нему и поэтому могут ускользнуть или освободиться от его притяжения. Когда мы подключаем металл к батарее, генерируемое электрическое поле воздействует на свободные электроны, отталкивая их от отрицательной клеммы к положительной клемме. Именно этот поток зарядов составляет электричество.

Однако существительное «поток» вводит в заблуждение: электричество не характеризуется постоянным непрерывным потоком электронов, которые тяготеют к положительному полюсу.Точное определение просто цитирует «движение»; совершенно случайное и беспорядочное движение электронов или зарядов. Заряды буквально выходят из строя внутри проводника, непрерывно спотыкаясь и сталкиваясь не только друг с другом, но и с остальными атомами металла на своем пути к выводу. Это определение также довольно четко объясняет существование сопротивления: столкновения генерируют тепло и препятствуют их движению, тем самым уменьшая значение тока.

Таким образом, скорость отдельного электрона является его скоростью между столкновениями.Сколько времени требуется электрону, чтобы пройти, возможно, один нанометр? Индивидуальная скорость измеряется в миллионах метров в секунду. Однако, поскольку их движение является случайным, каждый электрон движется с разной скоростью.

Средняя или дрейфовая скорость

Неопределенность вызывает беспокойство, поскольку делает вычисления громоздкими. Чтобы избавиться от этой изменчивости, мы должны взять среднее значение каждой скорости до и после столкновений. Средняя скорость известна как скорость дрейфа и считается скоростью, с которой движется электричество.

Некоторые электроны движутся очень быстро, а другие нет. Очевидно, что в среднем будет намного меньше миллиона метров в секунду. Однако что поразительно, так это то, что при усреднении скоростей точка десятичной дроби слева оказывается на расстоянии, которое невозможно даже вообразить. Скорость дрейфа электронов через медный провод с поперечным сечением 3,00 x 10-6 м2, по которому течет ток 10A, составляет примерно 2,5 x 10-4 м / с, или одну четвертую миллиметра в секунду!

Скорость дрейфа увеличивается с увеличением напряжения постоянного тока, но остается постоянной при уменьшении или увеличении напряжения переменного тока… постоянно незначительной.Скорость дрейфа переменного тока в сто или тысячу раз меньше скорости дрейфа постоянного тока. В то время как для вышеупомянутого медного провода, по которому проходит постоянный ток, оно составляло 250 микрометров в секунду, а для того же провода, по которому проходит переменный ток, оно составляло 0,25 микрометра в секунду.

Даже точка контакта или переключатель, через который выходят электроны, не длиннее 0,25 микрометра. Помните, что электроны, составляющие переменный ток, в отличие от электронов, составляющих постоянный ток, не движутся линейно вперед, а вместо этого чередуются между выводами; если они чередуются на 0.25 микрометров в секунду, разве они тогда, как это ни парадоксально, не попадают в цепь вообще?

Скорость сигнала

Наконец, некоторые люди считают, что электричество движется со скоростью света, потому что они путают скорость отдельных электронов со скоростью электромагнитных волн, которые излучают электроны. Однако, хотя электрон как неделимая массовая частица не может двигаться со скоростью света, его эффекты могут… ну, почти.

(Фото: Pixabay)

Это правда, что электромагнитные волны распространяются со скоростью света; Фактически, свет сам по себе представляет собой электромагнитную волну.Однако скорость электромагнитной волны зависит от свойств среды, в которой она распространяется. Волны, излучаемые электронами, распространяются в вакууме со скоростью 300 миллионов метров в секунду, но они будут перемещаться с той же скоростью в проводнике, только если его структура или геометрия позволяют.

Волны, или то, что называется сигналом, могут перемещаться где угодно между 50% -90% скорости света в зависимости от того, движутся ли электроны в «плохом» или «хорошем» проводнике. Если электроны буквально дрейфуют, замыкая цепь, как лампа в вашей спальне светится почти мгновенно? Дело в том, что действие электромагнитных волн или сигнала распространяется не со скоростью света, а со скоростью, достаточно большой, чтобы воспринимать его как мгновенный.По этой причине гонка также не может закончиться ничьей; фотон всегда выйдет победителем.

Статьи по теме

Статьи по теме

Подумайте об этом так: представьте очередь из бесстыдно нетерпеливых людей, которые беспокойно ерзают на своих местах. Внезапно последний человек в очереди решает подтолкнуть человека впереди, который, следовательно, толкает того, кто находится впереди себя, и так далее. Толчок или сигнал «перемещается» мгновенно, а человек или сам электрон — нет.Если бы люди выстраивались в очередь, чтобы войти в дверь, распространяемый толчок, очевидно, сначала достигнет двери. Однако первый толкач все равно будет намного дальше. Люди продолжали бы тревожно ерзать, наблюдая за тем, как отдельные электроны мчатся с огромной скоростью. Очередь же в среднем продвигается вяло.

мистерия электрического тока

мистерия электрического тока

Говорят, что электрический ток, протекающий в проводнике, проводит электричество.3 это 8.5e28. Например, в медном проводе длиной 1 м и снаружи диаметр 0,5 мм, свободных электронов 1,7e22, что огромно. Поскольку медь является одним моновалентным металлом, количество свободных электронов и меди ионы (атом) одинаковы.

Кстати, свободные электроны в медной проволоке движутся в случайных направлениях с скорость 1,3e6 м / с даже в случае отсутствия электрического тока, что означает это не в электрическом поле. Эта скорость называется «скоростью Ферми» и он существует даже при 0 абсолютной температуре.Это не тепловая энергия и возникла из неопределенной теории квантовой механики. Поскольку электрический ток — это средний поток свободных электронов, другими словами «скорость дрейфа», при этом не существует электрического тока.

Когда напряжение подается на обе стороны проводника, количество свободных электронов увеличивается. скорость пропорциональна электрическому полю и колебаниям решетки, дефект решетки и столкновение с примесями, они будут рассеиваться на в разные стороны от электрического поля и теряют скорость направление электрического поля.Следовательно, это не увеличивает скорость бесконечно, и он будет поддерживать определенную среднюю скорость. Это означает столкновение действует как своего рода трение.

Что касается меди, временной интервал между столкновениями составляет 5,26e-45 секунд и средняя скорость дрейфа,

4.62e-3 (м / с) / (об / м).
 
Это означает, что при подаче напряжения 1 В на оба конца медного провода длиной 1 м, скорость свободных электронов в продольном направлении составляет 4,62 мм / с. Похоже, что это удивительно медленный, но поскольку электрический заряд электронов равен -1.6e-19c, 12,6A электрический ток течет по медному проводу 0,5 мм с этой скоростью. Понимаете насколько велико количество свободных электронов.

А теперь подумаем. Например, допустим, вы устанавливаете дифференциальное напряжение 50 мВ, что является почти стандартным пределом, на 100 м кабеля «10Base-T», который обычно используется для проводки LAN. Электрическое поле, приложенное к проводнику. составляет 3,7e-5 В / м. Средняя скорость движения свободных электронов составляет всего 1,6e-7 м в секунду. секунды, что составляет 0,0006 м в час, и это намного медленнее, чем след черепахи.

Если электрический ток несет электричество, а электрический ток — электронный потока, скорость движения электричества примерно такая же, как скорость ходьбы человек. Это означает, что человек может пропускать электрический ток, т.е. проводку по локальной сети так легко провести, и мы должны думать, что электричество медленный.

Но, с другой стороны, мы знаем, что телефонная и локальная проводка посылает информация намного быстрее, чем в самолетах, и когда мы включаем переключатель лампа, мы видим, что она загорается мгновенно, даже если находится на расстоянии.Как это медленное электричество может сделать это? Что такое скорость электричества? Верно ли, что электрический ток проводит электричество?

вернуться домой

Электронов в пути — Science World

Для создания полной цепи c вам понадобятся три вещи:

  • a провод (например, провод)
  • a источник питания (например, розетка или аккумулятор)
  • резистор (например, лампочка или двигатель).

Проводник проходит по круговой траектории от источника питания через резистор и обратно к источнику питания. Источник питания перемещает существующие электроны в проводнике по цепи. Это называется током. Электроны движутся по проводу от отрицательного конца к положительному. Резистор использует энергию электронов вокруг провода и замедляет поток электронов.

Аккумулятор — это один из способов выработки электрического тока.Внутри батареи происходят химические реакции. Одна реакция (на отрицательном конце батареи) создает свободные электроны; другой (на положительном конце) их использует. Чтобы перезарядить аккумулятор, химические реакции должны быть обращены вспять, чтобы электроны переместились в противоположном направлении.

В этой деятельности:

  • студентов — это электроны
  • энергия, обеспечиваемая батареей, представлена ​​умными.
  • ток — это количество заряда (электронов), движущихся в цепи за единицу времени, измеряемое в амперах.

Чтобы увеличить электрический ток, мы должны ускорить движение электронов; мы делаем это в модели, добавляя дополнительную энергию в виде дополнительных умений.

Студенты будут чувствовать себя теплее, когда они ускорятся, что имитирует то, что происходит вдоль провода в реальной цепи. Эту физическую реакцию можно использовать для создания средства безопасности в цепи: если произойдет внезапный скачок заряда и провод нагреется до определенной температуры, он может расплавиться, остановив ток.В основном так работает предохранитель.

В предохранителе

А используется металлический провод, плавящийся при определенной температуре, соответствующей предварительно определенному пределу для цепи.

Скорость электричества — Как обсуждать

Скорость электричества

С какой скоростью движется электричество? Электричество — это поток энергии или электрического заряда. Электричество движется со скоростью света более 300 000 километров в секунду.Электроэнергия, которую они используют дома, поступает из первичных источников, таких как нефть, ядерная энергия, уголь, природный газ, солнце или другие природные источники. Вода и ветер — это другие источники энергии, известные как механическая энергия.

Как быстро электричество перемещается по проводам?

Ответ 3: Свет распространяется через пустое пространство со скоростью 300 000 километров в секунду. Ток, протекающий по проводам в ваших домах и бытовых приборах, движется намного медленнее, всего около 1/100 скорости света.

Движется ли электричество со скоростью света?

В бытовых электрических и электронных устройствах сигналы распространяются в форме электромагнитных волн, обычно со скоростью 50-99% скорости света, в то время как сами электроны движутся намного медленнее.

Как быстро движутся электроны?

Расчеты показывают, что электрон движется со скоростью около 2200 километров в секунду. Это меньше 1% скорости света, но этого достаточно, чтобы облететь Землю всего за 18 секунд.

Проходит ли электричество быстрее по воздуху или по воде?

Вы еще молоды, чтобы задумываться над этим вопросом, но настоящий ответ состоит в том, что электричество движется быстрее в теплой воде, чем в холодной, и в турбулентной воде, чем в стоячей воде, но количество соли или хлора мало влияет на ваше здоровье. скорость.ток, протекающий через воду.

Как быстро электричество проходит через проводник?

Электрическое поле, приложенное к проводнику, составляет В / м. Средняя скорость движения свободных электронов составляет всего м в секунду или м в час, и их путь намного медленнее, чем у черепахи.

Проходит ли электричество быстрее через холодные или горячие материалы?

Быстрее перемещается по холодным материалам. Фактически, скорость электричества значительно возрастает, если схемы могут быть переохлаждены почти до абсолютного нуля.Компьютеры могут достичь более высоких скоростей обработки за счет охлаждения ядра процессора.

Какова скорость дрейфа электрона?

Фактическая скорость дрейфа этих электронов через проводник в направлении тока очень мала. Например, скорость движения по медному проводу сечением х 106 м 2 при силе тока 10 А составляет примерно х 104 м / с, или примерно четверть миллиметра в секунду.

Движется ли электричество со скоростью света в метрах.

Электрическая энергия распространяется в виде электромагнитных волн со скоростью света, которая составляет 3 * 108 метров в секунду.Скорость электричества довольно высока, хотя электроны движутся довольно медленно. Электрическое поле создает силу, которая заставляет эти электроны медленно отклоняться.

Хотя они не могут сказать вам, насколько быстро может летать Супермен, они могут подтвердить, что электромагнитные волны электричества распространяются почти со скоростью света, которая составляет 670 616 629 миль в час. Как быстро. Это действительно здорово.

Сколько миль в секунду проходит электричество?

Все электромагнитное излучение, включая свет, радиопередачи и электричество, проходит вокруг экватора более семи раз в секунду со скоростью около 300 000 километров в секунду.Примечательно, что скорость в вакууме составляет 299 792 458 метров в секунду.

Как быстро может пройти электричество за одну секунду?

Эта энергия распространяется в форме электромагнитных волн примерно со скоростью света, которая составляет 670 616 629 миль в час, 1 или 300 миллионов метров в час. Однако электроны в самой волне движутся медленнее. Эта концепция известна как скорость дрейфа. Какова скорость электронов в электричестве? Электроны имеют отрицательный заряд.

С какой скоростью движется электричество ночью

Эта энергия распространяется в форме электромагнитных волн примерно со скоростью света, которая составляет 670 616 629 миль в час, 1 или 300 миллионов метров в час.Однако электроны в самой волне движутся медленнее. Эта концепция известна как скорость дрейфа.

На сколько миллиметров в секунду проходит электричество?

Как упоминалось ранее, скорость электрического тока сама по себе является скоростью света, но действительные электроны в этой волне могут перемещаться только на несколько миллиметров в секунду.

Какова средняя скорость движения электронов в проводнике?

Скорость дрейфа, средняя скорость, с которой электроны движутся в проводнике под действием электрического поля, составляет около 1 мм в секунду.Это электромагнитная волна, которая проходит через электроны со скоростью, близкой к скорости света.

Как скорость электричества связана со скоростью дрейфа?

Эта энергия распространяется в форме электромагнитных волн примерно со скоростью света, которая составляет 670 616 629 миль в час, 1 или 300 миллионов метров в час. Однако электроны в самой волне движутся медленнее. Эта концепция известна как скорость дрейфа. Какова скорость электронов в электричестве?

Какая скорость распространяется электричество в точке?

Электрическая энергия распространяется в виде электромагнитных волн со скоростью света, которая составляет 3 * 108 метров в секунду.Скорость электричества довольно высока, хотя электроны движутся довольно медленно.

С какой скоростью движется электричество при той же

Ответ 1: Электричество и свет являются формами ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (ER), и все ER движутся с одинаковой скоростью 300 000 км / сек. Сколько миль в секунду составляет 300 000 км / с? Все рентгеновские лучи имеют форму RE, и все они движутся. со скоростью света Ответ 2 :.

С какой скоростью движется электричество при разной

При переменном токе электроны медленно движутся в одном направлении в течение нескольких секунд, а затем в течение нескольких секунд движутся в противоположном направлении.Поскольку электроны движутся медленно, вы можете задаться вопросом, насколько быстро движется электричество. Электрическая энергия распространяется в виде электромагнитных волн со скоростью света, которая составляет 3 * 108 метров в секунду.

Насколько быстро электроны движутся в проводе?

Электроны должны пройти через миллиарды атомов в проводе, что занимает много времени. В случае медного провода 12-го калибра, пропускающего 10 ампер (типичный для бытовых проводов), отдельные электроны перемещаются только примерно на дюймы в секунду или дюймы в минуту (с научной точки зрения это называется скоростью дрейфа электронов).

Как проходит электричество по проводу?

Как протекает ток, зависит от того, что исследуется. Электроны фактически мигрируют по проводу от отрицательного вывода батареи к положительному выводу, электроны заряжены отрицательно. Кажется, что положительные заряды движутся в другом направлении, но на самом деле они остаются неподвижными со своими атомами.

Как электричество проходит по дому?

Электричество подключается к вашему дому, где оно проходит через счетчик, измеряющий количество потребляемой вами электроэнергии.В конце концов, электричество течет по проводам в ваших стенах к розеткам и выключателям в вашем доме для питания ваших приборов. Энергия нагревает провода в лампе и заставляет газ в лампе светиться.

Всегда ли электрон движется со скоростью света?

Электрон не может выиграть гонку в вакууме, не говоря уже о лестнице. Электрон не может двигаться со скоростью света по простой причине своей массы. Свет является самым быстрым во Вселенной, потому что без массы он не несет в себе багажа и не имеет абсолютно никакой инерции, препятствующей его движению.

Становится ли Материя энергией со скоростью света?

Причина этого в том, что когда кусок грецкого ореха или другой кусок материи преобразуется в чистую энергию, полученная энергия по определению движется со скоростью света. Чистая энергия — это электромагнитное излучение, будь то свет, рентгеновские лучи или что-то еще, а электромагнитное излучение распространяется с постоянной скоростью 300 000 км / с (186 000 миль / с).

Распространяется ли электронный сигнал со скоростью света?

Слово электричество обычно относится к движению электронов по проводнику в присутствии разности потенциалов или электрического поля.Скорость этого потока имеет несколько значений. В электрических и электронных бытовых приборах сигналы в виде электромагнитных волн обычно распространяются со скоростью 50-99% скорости света, в то время как электроны намного медленнее.

Насколько быстро движется электрон относительно скорости света?

Расчеты показывают, что электрон движется со скоростью около 2200 километров в секунду. Это меньше 1% скорости света, но этого достаточно, чтобы облететь Землю всего за 18 секунд.Узнайте, что происходит, когда ничто не может двигаться быстрее света.

Движется ли электричество со скоростью света песня

В электрических и электронных бытовых приборах сигналы распространяются в форме электромагнитных волн, обычно между 50 и 99% скорости света, в то время как сами электроны движутся намного медленнее.

Почему свет не движется со скоростью света?

Во-вторых, даже свет замедляется в объеме, он движется только c в вакууме. Медные или другие проводники даже плотнее воздуха (который замедляет свет), поэтому электроны определенно не могут перемещаться через объем проводника со скоростью света.

Как скорость света влияет на электромагнитные волны?

В бытовых электрических и электронных устройствах сигналы или энергия в форме электромагнитных волн обычно проходят от 50% до 99% скорости света, в то время как электроны движутся (дрейфуют) намного медленнее.

Движется ли электричество в воздухе со скоростью света?

Ничто не может двигаться со скоростью света массово. Во-вторых, даже свет замедляется в объеме, он движется только c в вакууме.Медные или другие проводники даже плотнее воздуха (который замедляет свет), поэтому электроны определенно не могут перемещаться через объем проводника со скоростью света.

Nikon скорость света

Скорость зависит от самой камеры, но обычно составляет от 1/160 до 1/250. На нижней стороне рамки вы не увидите никаких светлых или черных полос. HSS был введен для преодоления этого ограничения.

Какая лучшая вспышка для цифровой зеркальной камеры Nikon?

Безусловно, лучшей вспышкой для цифровых зеркальных фотоаппаратов Nikon является SB5000.Эта высококачественная внешняя вспышка полностью укомплектована и считается профессионалами высококачественной вспышкой Nikon.

Какая лучшая вспышка для Canon?

Названная Canon лучшей вспышкой Speedlite для цифровых зеркальных фотокамер от Canon, APUNV1 Altura Photo оправдывает все ожидания, когда дело касается фотографии. Он поставляется с пультом дистанционного управления для облегчения работы. Эта вспышка дает вам множество вариантов фотографирования по доступной цене.

Что такое Nikon TTL?

TTL означает «Вспышка через объектив».Благодаря замеру TTL вы можете использовать внешнюю вспышку без дополнительных кабелей и хлопот. Большинство фотоаппаратов Nikon могут подключаться по беспроводной сети и начать щелкать, не теряя времени.

Как электроны движутся в электрической цепи так быстро?

Электроны в электрическом проводе движутся очень медленно. Настолько медленная, что есть смысл измерять скорость в миллиметрах в час. Это почти как мед, стекающий по 2-градусному уклону. Однако электричество может двигаться так быстро, потому что электрический провод похож на трубку, наполненную шариками (шарики — это электроны).

Как быстро электроны движутся по проводу?

Скорость дрейфа, с которой устойчивый поток нескольких электронов течет вперед через провод (например, подключенный к батарее), составляет менее 1/3 миллиметра в секунду. Скорость, с которой электрон «вращается» вокруг центра атома, различна, но составляет (по порядку величины) около 1/100 скорости света.

Что, если скорость электрона уменьшится?

Если вы посмотрите на уравнение, длина волны электрона увеличивается с уменьшением скорости электрона.Длины волн больших повседневных предметов с гораздо большей массой должны быть очень короткими. Если бы вы вычислили длину волны килограмма бейсбольного мяча, брошенного со скоростью 40 м / с, вы бы получили чрезвычайно короткую длину волны порядка от 10 до 34 м.

Как быстро электрон движется вокруг ядра атома?

Это эквивалентно примерно 7 триллионам оборотов в секунду или 7 миллиардам оборотов в секунду. Это невероятно быстро, но намного медленнее, чем скорость вращения ядер.На этой скорости вращения они могут наблюдать только динамический аспект электрона на его орбите. Динамический аспект — это бычий аспект.

Как быстро электрон движется внутри атома

Вам может быть интересно, как быстро электроны вращаются вокруг атомов вокруг вас. Хорошим примером (и его легче всего вычислить) является атом водорода, который есть во всей вашей воде. Расчеты показывают, что электрон движется со скоростью около 2200 километров в секунду.

Как быстро движется электрон в ЭЛТ.

После некоторого поиска в Google я обнаружил, что катодное напряжение телевизора с ЭЛТ составляет 400 В.Таким образом, ускоренный электрон приобретает энергию 400 эВ. Скорость электрона 400 эВ составляет * 10-7 м / с или ~ 4% скорости света.

Куда уходит большая часть тока в ЭЛТ?

Большая часть тока пучка в конечном итоге проходит через анод. Это происходит из-за вторичной эмиссии (когда электронный луч заставляет молекулу фосфора испускать электрон на анод) и проводимости. Внутренняя часть стандартных (не предназначенных для хранения) ЭЛТ покрыта тонким слоем металла (обычно алюминия) для увеличения проводимости.

Как рассчитать скорость электрона?

Однако вы можете вычислить скорость v v, которую электрон будет иметь в модели Бора. Центростремительная сила равна F Z = m⋅v2 r F Z = m ⋅ v 2 r Эта сила отталкивает электрон от ядра. Кулоновская сила равна F C = e2 4πε0r2 F C = e 2 4 ε r 2, где ε0 ≈ ⋅10−12 Fm ε ≈ ⋅ 10–12 Fm — диэлектрическая проницаемость.

Как электроны ускоряются в электронно-лучевой трубке?

В электронно-лучевой трубке электроны выбрасываются из катода и ускоряются под действием напряжения, набирая скорость около 600 км / с на каждый вольт, который они ускоряют.Некоторые из этих быстрых электронов попадают в газ в трубке и заставляют его светиться, так что они могут видеть путь луча.

Какая скорость электронов в медном проводе?

Фактически, скорость электронов в типичном медном проводе примерно в 10 миллиардов раз медленнее, чем скорость сигнала. Оценить скорость электрона в медной проволоке несложно. Например, предположим, что у вас есть круглый провод 18 калибра диаметром 1 мм и номинальным током 1 ампер.

Как электричество проходит по медному проводу?

Электричество, протекающее по медным проводам в вашем доме, состоит из движущихся электронов.Протоны и нейтроны в атомах меди не движутся. Фактическое движение отдельных электронов в определенном направлении по проводу происходит довольно медленно.

Сколько времени нужно, чтобы сместился медный провод 12 калибра?

Электроны должны пройти через миллиарды атомов в проводе, что занимает много времени. В случае медного провода калибра 12 с номинальным током 10 ампер (типично для бытовых проводов) отдельные электроны перемещаются всего на 1 см в секунду, или 1.

Что такое скорость электричества

Под скоростью электричества понимается скорость электромагнитного сигнала по проводу, что в некоторой степени похоже на понятие скорости света в прозрачной среде.Следовательно, она обычно меньше, но ненамного меньше скорости света в вакууме. Скорость также зависит от конструкции кабеля.

Насколько быстро электричество миля в час?

Скорость электричества до сих пор считается самой высокой скоростью в мире. На самом деле скорость света или электричества составляет 300 000 километров в секунду.

Что лучше всего описывает поток электричества?

Электричество — это поток мелких частиц, называемых электронами, которые могут перемещаться по проводам.Этот ток часто называют электрическим током. Подобно воде, которая может спускаться только с холма, электрический ток может течь только при активации.

Что заставляет электроны двигаться?

Сила, которая перемещает электроны в цепи, известна как электродвижущая сила или ЭДС. Иногда бывает полезно думать об электромагнитных полях как об электрическом давлении. Другими словами, это сила, которая перемещает электроны в определенном направлении внутри проводника.

Скорость распространения электричества

Волны, излучаемые электронами, распространяются в вакууме со скоростью 300 миллионов метров в секунду, но в проводнике они будут двигаться только с той же скоростью, которую позволяет структура или геометрия.

Скорость электричества в медном проводе

Скорость дрейфа в медном проводе диаметром 2 мм при токе 1 А составляет около 8 см в час. Переменные напряжения не вызывают чистого движения, электроны колеблются вперед и назад в зависимости от переменного электрического поля (на расстоянии нескольких микрометров — см. Пример расчета).

Какова скорость электрического тока в меди?

Для медного провода 12-го калибра, пропускающего 10 ампер постоянного тока, скорость электрического тока (средняя скорость дрейфа электронов) составляет около 80 сантиметров в час или несколько метров в секунду.Это большая разница.

Медный провод — хороший проводник электричества?

Медь имеет лучшую электропроводность из всех металлов, кроме серебра. Хорошая электропроводность соответствует низкому электрическому сопротивлению. Рис. 1 Громоотвод надежно опускает груз на землю. Медные провода пропускают электрический ток, не тратя слишком много энергии.

Почему медь — хороший металл для изготовления электрических проводов?

Благоприятные химические свойства: Полезные химические свойства этого красно-оранжевого металла, меди, играют важную роль в том, чтобы сделать его идеальным металлом для изготовления электрических кабелей.Благодаря благоприятным химическим свойствам меди электрические медные провода могут выдерживать суровые погодные условия, устойчивы к износу и имеют длительный срок службы.

Как электричество проходит по проводам?

Что касается потока электроэнергии по кабелям, то передача — это транспортировка электроэнергии от источника к месту потребления. Когда вы думаете об электрической сети, это огромная сеть, предназначенная для передачи электроэнергии. Обычно электроэнергия от электростанций направляется на подстанции по линиям электропередач.

Скорость электрического тока

Электромагнитные волны распространяются в вакууме с максимальной скоростью 299 792 458 метров в секунду. Для медного провода 12-го калибра, пропускающего 10 ампер постоянного тока, скорость электрического тока (средняя скорость дрейфа электронов) составляет около 80 сантиметров в час или несколько метров в секунду.

Что увеличит электрический ток?

Итак, два возможных способа увеличения электрического тока в простой цепи: 1 путем увеличения источника или напряжения ЭДС в цепи.ПРАВДА. 2 Уменьшая сопротивление в цепи, это может быть достигнуто путем замены компонентов с высоким сопротивлением компонентами с низким сопротивлением или их полного исключения.

Каково действительное направление электрического тока?

Обычно направление электрического тока — это направление смещения положительного заряда. Следовательно, ток во внешней цепи проходит от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи.Фактически, электроны будут двигаться в противоположном направлении по проводам.

Как вы измеряете электрический ток?

Электрический ток измеряется в амперах, но на самом деле для большинства электронных работ вы измеряете ток в миллиамперах или мА. Чтобы измерить силу тока, нужно соединить два провода от амперметра в цепь, чтобы ток протекал через амперметр. Другими словами, амперметр должен стать частью схемы.

Что вы измеряете с помощью электрического тока?

Ток — это мера количества электрического заряда, протекающего в цепи.Чем выше нагрузка, тем выше ток. Сила тока измеряется в амперах. Обозначение для ампер — A. Например, 20 A — это ток, превышающий 5 A. Слово «амперы» часто сокращается до ампер, отсюда и количество протекающих ампер.

Сравнение скорости электричества со скоростью света

Эксперименты сэра Чарльза Уитстона показали, что скорость электричества составляет около 288 000 миль в секунду, что значительно превышает скорость света, которую все считают главным препятствием.Однако, чтобы интерпретировать это, необходимо понять, что такое «электричество».

Какая формула для вычисления скорости света?

В знаменитом уравнении относительности E = mc2 скорость света (c) служит константой пропорциональности, соединяющей когда-то разные понятия массы (m) и энергии (E).

Что быстрее света?

Считается, что в пустом пространстве две вещи движутся быстрее света. Первый — это связь между запутанными частицами, которые, как говорят, движутся по крайней мере в 10 000 раз быстрее света.Еще одна вещь, которая может перемещаться быстрее скорости света, — это само пространство.

Почему свет самый быстрый?

Потому что на практике свет самый быстрый. Это просто форма энергии, которая что-то излучает. Следовательно, у него нет массы покоя, но есть релятивистская масса и импульс. Есть вещи, которые считаются быстрее света. Это тахионы.

Скорость радиоволн в воздухе

Радиоволны и световые волны распространяются в вакууме с одинаковой скоростью, но в воздухе они движутся немного медленнее из-за индекса холода.8 в большинстве случаев).

Что влияет на скорость радиоволн в воздухе?

Радиоволны распространяются в вакууме со скоростью света. Атмосфера Земли достаточно тонка, чтобы позволить радиоволнам распространяться в атмосфере со скоростью, близкой к скорости света, но изменения плотности и температуры могут привести к тому, что волны легко ломаются (изгибаются) на большие расстояния.

Какая средняя скорость радиоволн?

Радиоволны распространяются в космосе со скоростью света, которая составляет 300000000 метров в секунду.Это скорость радиоволны.

Радиоволны и световые волны распространяются с одинаковой скоростью?

Радиоволны — это форма электромагнитного излучения, которое имеет то же явление, что и свет, рентгеновские лучи и некоторые другие типы излучения, но с гораздо большей длиной волны.

Какова частота, длина волны и скорость радиоволн?

Радиоволны — это тип электромагнитного (ЭМ) излучения с большей длиной волны в электромагнитном спектре, чем инфракрасный свет.Они имеют частоты от 300 ГГц до 3 кГц и соответствующие длины волн от 1 миллиметра до 100 километров. Как и все другие электромагнитные волны, радиоволны распространяются со скоростью света.

Скорость дрейфа

| S-cool, сайт доработки

Теперь вы уже знаете, что ток — это мера количества заряда, перемещающегося в секунду.

Это означает, что ток зависит от:

  • скорость, с которой движутся заряженные частицы.
  • заряда, который они несут.
  • количество движущихся заряженных частиц.

Заряженные частицы не движутся по прямой линии через проводник, потому что они сталкиваются с другими частицами в материале. Поэтому мы используем среднюю скорость движения частицы в точке вдоль проводника . Это называется дрейфовой скоростью .

Ток можно рассчитать по формуле:

I = vAnq

Где:

I = ток (амперы, А)

v = скорость дрейфа (м / с)

A = площадь поперечного сечения проводника (м 2 )

n = плотность заряда (м -3 ) Это количество носителей заряда, которые могут перемещаться на м 3

q = заряд на каждом носителе заряда (кулоны, в)

Скорость дрейфа электронов в куске металла с током 0.1 A будет около 1×10 -5 м / с, поэтому представьте, сколько времени требуется одному электрону, чтобы пройти по проводу длиной 10 см! На самом деле электроны движутся по проволоке со скоростью до миллиона м / с, но очень медленно дрейфуют в направлении тока.

Если площадь поперечного сечения провода равна A, а количество носителей заряда на 1 м 3 равно n, то:

Количество носителей заряда на метр провода = An

Если каждый носитель заряда движется со скоростью v (м / с) по проводу, то:

Количество носителей заряда, проходящих через точку в проводе за секунду = vAn

Если у каждого носителя заряда есть заряд q, то:

Количество заряда, проходящего по проводу в секунду (т.е.е. ток, I) = vAnq

Разные материалы будут иметь разные значения n, количество носителей заряда на 1 м 3 .

Хорошие проводники, такие как металлы, имеют наибольшее количество носителей заряда. Полупроводники имеют примерно в 1 × 10 10 раз меньше носителей заряда, чем металлы. При низких напряжениях изоляторы не имеют свободных электронов, поэтому ток не может течь.

Скорость электрического тока (скорость тока.)


Дата: Вт, 17 окт 95, 09:53:00 PDT
От: О. Квист
Тема: Re: ваша почта

Пт. 13 октября 1995 г. Билл Бити написал:
> Очень интересно! Все источники, с которыми я встречался, утверждают, что
> каждый атом в проводнике вносит один (или два?) Электрона в
> зону проводимости. Знаете ли вы приблизительное число
> фактического количества электронов на атом в решетке меди? Насколько
> меньше 1.0?

Количество электронов в зоне проводимости действительно такое, как вы говорите.Но, это не то, что я говорил (ниже). Фактическое количество электронов которые вносят вклад в электрический ток, не равный количеству электроны в зоне проводимости.

Электроны, которые вносят вклад в электрическую проводимость, — это те электроны на поверхности Ферми, которые «нескомпенсированы». Из симметрии, эти электроны лежат на поверхности или вблизи нее, и в результате Поверхность Ферми «сдвигается» электрическим полем. Доля электронов, которые остаются нескомпенсированными, приблизительно определяется соотношением (скорость дрейфа) / (скорость Ферми).Результат — количество электронов которые производят наблюдаемый ток, значительно меньший, чем у Авагадро. количество.

Таким образом, количество электронов, производящих ток, уменьшается, образует увеличение их средней скорости. Средние скорости электронов больше вероятно, в диапазоне метров / сек, а не в десятых долях миллиметра / сек как предсказывает теория свободных электронов.


Дата: Вт, 16 июня 1998 г., 00:31:01 -0500
От: Рой М.
Кому: Уильям Бити>
Тема: Re: Скорость дрейфа электронов в металлах
Группы новостей: sci.физика. электромаг

Это мелочь, но скорость дрейфа средняя. Если некоторые из них электроны проводимости «застревают», они все равно вносят свой вклад в среднее значение.

Если вы хотите исключить самые медленные 99%, тогда среднее значение тех, которые вы делаете допустим будет выше. Но, вероятно, это ненужная доработка в в этом контексте, который должен рассматривать электроны как классические частицы и вычислить средние скорости дрейфа.

Во всяком случае, эффект, о котором вы говорите, связан с теорией Ферми, Паули. исключение и сохранение энергии.Фактически меньше электронов участвуют в проводимости, но их длина свободного пробега больше.

Объяснение примерно такое: не более двух (с противоположными вращениями) электроны могут занимать данное состояние. Когда два электрона сталкиваются, их конечные состояния должны иметь одинаковую полную энергию, а конечные состояния должны были вакантными. Таким образом, если все состояния, которые могут быть достигнуты при данный энергетический уровень уже заполнен, то два электрона не могут столкнуться. В результате электроны в низкоэнергетических состояниях «застревают» в этих штатах.Таким образом, только относительно небольшое количество электронов с высокой энергией государства действительно доступны для участия, но большинство других электроны не могут столкнуться с электронами высокой энергии, поэтому что те электроны, которые участвуют, идут дальше (длина свободного пробега), чем вы могли ожидать.



Тема: Re: Скорость дрейфа электронов в металлах
Группы новостей: sci.physics.electromag
От кого:
Организация: Eskimo North (206) For-Ever
Распространение:

Интересно.Если часть зоны проводимости исключена из проводимости, то средняя скорость дрейфа всех электронов зоны проводимости равна незатронутый.

Однако средняя скорость дрейфа «незакрепленных» электронов становится равной намного лучше. «Застрявшие» электроны не «проводят» и не являются часть дрейфующего населения, даже если они находятся в проводящем группа, да?

В конце концов, для расчета скорости дрейфа мы могли бы иметь подсчитали все валентные электроны в каждом атоме меди (так как они все «застряли»), а затем утверждал, что средняя скорость дрейфа для электроны были даже медленнее, чем если бы каждый атом вносил только один электрон к текущему.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.